DE102013226763A1 - Safety circuit arrangement for an electric drive unit - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltungsanordnung für eine elektrische Antriebseinheit, wobei die elektrische Antriebseinheit eine Traktionsbatterie, eine zu der Traktionsbatterie parallel geschaltete Zwischenkreiskapazität und eine durch die Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgbare elektrische Maschine aufweist, wobei die elektrische Maschine eine Vielzahl von Phasen aufweist, die über einen ansteuerbaren, eine Vielzahl von Schalterelementen aufweisenden Wechselrichter mit der Traktionsbatterie verbindbar sind, mit einer Entladeschaltung, die dazu ausgebildet ist, in ihrem aktivierten Betriebszustand der Zwischenkreiskapazität einen vorgebbaren Entladestrom zu entnehmen, einer Kurzschlusssteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, in ihrem aktivierten Betriebszustand durch Ansteuern eines Teils der Schalterelemente zumindest einen Teil der Phasen der elektrischen Maschine kurzuschließen, einer Versorgungsspannungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ausgehend von einer ihr zugeführten Eingangsspannung eine Versorgungsspannung bereitzustellen, wobei als Eingangsspannung eine an der Zwischenkreiskapazität anliegende Zwischenkreisspannung zugeführt ist, und einem Aktivierungselement, das dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Einschaltbedingung einen Aktivierungspfad zu schließen, um die Entladeschaltung und die Kurzschlusssteuerschaltung durch Bereitstellen der Versorgungsspannung zu aktivierenThe present invention relates to a safety circuit arrangement for an electric drive unit, wherein the electric drive unit comprises a traction battery, a traction battery connected in parallel DC link capacity and an electric energy supplied by the traction battery electric machine, wherein the electric machine has a plurality of phases, via a controllable, a plurality of switch elements having inverters are connected to the traction battery, with a discharge circuit, which is adapted to remove a predetermined discharge in its activated operating state of the DC link capacitance, a short-circuit control circuit which is adapted to in its activated operating state by driving a part of the switch elements at least a part of the phases of the electric machine short-circuit, a supply voltage circuit which is designed i st, starting from an input voltage supplied to it to provide a supply voltage, is supplied as an input voltage applied to the DC link capacitance DC link voltage, and an activating element, which is designed to close an activation path in the presence of a turn-on, to the discharge circuit and the short-circuit control circuit by providing to activate the supply voltage

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltungsanordnung für eine elektrische Antriebseinheit, wobei die elektrische Antriebseinheit eine Traktionsbatterie, eine zu der Traktionsbatterie parallel geschaltete Zwischenkreiskapazität und eine durch die Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgbare elektrische Maschine aufweist. Die elektrische Maschine weist eine Vielzahl von Phasen auf, die über einen ansteuerbaren, eine Vielzahl von Schalterelementen aufweisenden Wechselrichter mit der Traktionsbatterie verbindbar sind.The invention relates to a safety circuit arrangement for an electric drive unit, wherein the electric drive unit comprises a traction battery, an intermediate circuit capacitor connected in parallel to the traction battery and an electrical machine that can be supplied with electrical energy by the traction battery. The electric machine has a plurality of phases, which are connectable to the traction battery via a controllable, having a plurality of switch elements inverter.

Derart aufgebaute elektrische Antriebseinheiten können in vielfältiger Weise eingesetzt werden. Unter anderem können sie als Antriebseinheit in einem Fahrzeug eingesetzt werden, wobei das Fahrzeug als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein kann. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben der elektrischen Maschine ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch eine elektrische Maschine angetrieben wird. Die zum Einsatz kommenden elektrischen Maschinen sind in der Regel als Innenläufermaschinen ausgelegt, bei denen ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Der Stator erzeugt ein sich drehendes Magnetfeld, durch das der Rotor mitgenommen wird. Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, die wirktechnisch mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist. Als elektrische Maschinen können Synchronmaschinen, insbesondere Hybrid-Synchronmaschinen zum Einsatz kommen, die vorzugsweise als permanent erregte Synchronmaschinen ausgeführt sind. Bei einer Hybrid-Synchronmaschine handelt es sich um eine permanent erregte Synchronmaschine, die zusätzlich einen stark ausgeprägten, durch eine entsprechend gewählte Rotorgeometrie bedingten Reluktanzeffekt aufweist, der für die Erzeugung des auf den Rotor wirkenden Drehmoments mit genutzt wird. Bei einer Traktionsbatterie handelt es sich um einen Hochvoltspeicher, der ein Spannungsniveau aufweisen kann, das in der Größenordnung von durchaus 250 bis 450 Volt liegen kann. Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie aus Li-Ionen-Speicherzellen aufgebaut.Such constructed electric drive units can be used in many ways. Among other things, they can be used as a drive unit in a vehicle, wherein the vehicle may be designed as a hybrid vehicle or as an electric vehicle. In a hybrid vehicle in addition to the electric machine another unit is used for the drive, usually an internal combustion engine. Whereas an electric vehicle is driven exclusively by an electric machine. The electrical machines used are usually designed as internal rotor machines, in which a rotatably mounted rotor is enclosed by a stationary stator. The stator generates a rotating magnetic field, through which the rotor is taken. The rotor has a rotor shaft, which is operatively connected to a drive shaft of the vehicle. As electrical machines synchronous machines, in particular hybrid synchronous machines can be used, which are preferably designed as permanently excited synchronous machines. In a hybrid synchronous machine is a permanent magnet synchronous machine, which also has a strong, caused by a correspondingly selected rotor geometry reluctance effect, which is used for the generation of the torque acting on the rotor with. A traction battery is a high-voltage battery that can have a voltage level that can be on the order of 250 to 450 volts. Preferably, a traction battery is constructed of Li-ion storage cells.

Um einen sicheren Umgang mit einer elektrischen Antriebseinheit zu gewährleisten, insbesondere dann, wenn die elektrische Antriebseinheit in einem Fahrzeug angeordnet ist und die elektrische Maschine als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist, sind verschiedene Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen.In order to ensure safe handling of an electric drive unit, in particular when the electric drive unit is arranged in a vehicle and the electric machine is designed as a permanently excited synchronous machine, various safety measures are to be provided.

Zum einen ist dafür Sorge zu tragen, dass die an der Zwischenkreiskapazität anliegende Hochspannung bei Vorliegen bzw. Eintreten bestimmter Bedingungen bzw. in bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs durch Entladen der Zwischenkreiskapazität abgebaut werden kann. Durch diese Sicherheitsmaßnahme soll sichergestellt werden, dass beispielsweise im Ruhezustand des Fahrzeugs die Zwischenkreiskapazität spannungslos ist und somit bei beispielsweise durchgeführten Wartungsarbeiten ein Kontakt mit der für Menschen potenziell gefährlichen Hochspannung ausgeschlossen ist. In einem Fahrzeug ist eine eigens für das Durchführen dieser Sicherheitsmaßnahme ausgebildete Sicherheitsschaltungsanordnung vorgesehen.On the one hand, care must be taken to ensure that the high voltage applied to the intermediate circuit capacitance can be reduced by the discharge of the intermediate circuit capacity when certain conditions or in certain operating states of the vehicle are present or occurring. This safety measure is intended to ensure that, for example, when the vehicle is at rest, the DC link capacity is de-energized and thus, for example, during maintenance work, contact with potentially dangerous high voltage is excluded. A safety circuit arrangement specially designed for carrying out this safety measure is provided in a vehicle.

Zum anderen sind auch bezüglich der elektrischen Maschine Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, insbesondere dann, wenn es sich um permanenterregte elektrische Maschine handelt. Bei permanenterregten elektrischen Maschinen kommt es beim Betrieb wegen ihres Aufbaus dazu, dass aufgrund der auftretenden Relativbewegung zwischen den Statorwicklungen und den Permanentmagneten in den Statorwicklungen eine Gegenspannung induziert wird, die als Polradspannung bezeichnet wird. Mit zunehmender Drehzahl steigt die Polradspannung an, bis sie im Betrieb der elektrischen Maschine im Bereich der durch die Traktionsbatterie für die elektrische Maschine bereitgestellten Versorgungsspannung liegt. Ist nun mit der Zwischenkreiskapazität und somit dem Zwischenkreis keine Spannungsquelle verbunden, d. h. ist aus irgendeinem Grund die Verbindung der Traktionsbatterie mit der Zwischenkreiskapazität bzw. dem Zwischenkreis unterbrochen, so kann die Polradspannung an der Zwischenkreiskapazität anliegen. Dies kann zu Beschädigungen an der Zwischenkreiskapazität und/oder an Komponenten des Wechselrichters, insbesondere an den Schalterelementen führen. Um solche Beschädigungen zu vermeiden, ist bei Vorliegen bzw. Eintreten bestimmter Bedingungen bzw. in bestimmten vorgesehen, und zwar insbesondere dann, wenn die Traktionsbatterie nicht mit der Zwischenkreiskapazität verbunden, dass die Phasen einer permanenterregten elektrischen Maschine durch eine entsprechende Ansteuerung der Schalterelemente des Wechselrichters kurzgeschlossen werden. Auch für das Durchführen dieser Sicherheitsmaßnahme ist in einem Fahrzeug eine eigens hierfür ausgebildete Sicherheitsschaltungsanordnung vorgesehen.On the other hand, safety measures must also be provided with regard to the electrical machine, in particular if it is a permanent-magnet electric machine. In the case of permanent-magnet electric machines, because of their design, during operation, because of the relative movement between the stator windings and the permanent magnets in the stator windings, a countervoltage, which is referred to as the pole wheel voltage, is induced. As the speed increases, the pole wheel voltage increases until, during operation of the electric machine, it lies in the range of the supply voltage provided by the traction battery for the electric machine. Is now connected to the DC link capacitance and thus the DC link no voltage source, d. H. if, for some reason, the connection of the traction battery with the DC link capacitance or the DC link is interrupted, the DC link voltage may be applied to the DC link capacitance. This can lead to damage to the DC link capacitance and / or to components of the inverter, in particular to the switch elements. In order to avoid such damage, is provided in the presence or occurrence of certain conditions or in certain, especially when the traction battery is not connected to the DC link capacitance that shorted the phases of a permanent magnet machine by a corresponding control of the switch elements of the inverter become. Also for performing this safety measure a specially trained safety circuit arrangement is provided in a vehicle.

Sowohl für das Entladen der Zwischenkreiskapazität als auch für das Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten elektrischen Maschine, sind die hierfür ausgebildeten Sicherheitsschaltungsanordnungen anzusteuern bzw. mit einer entsprechenden Versorgungsspannung zu beaufschlagen. Insbesondere was diesen Aspekt angeht, sind die bekannten Sicherheitsschaltungsanordnungen noch nicht optimal. So ist in bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs, beispielsweise bei einem Unfall, bei dem aufgrund von Einwirkungen von außen auf das Fahrzeug eine Versorgung der Sicherheitsschaltungsanordnungen mit elektrischer Energie weder über die Traktionsbatterie noch über die Starterbatterie mehr möglich ist, keine ausreichende bzw. zeitlich durchgängige Versorgung der Sicherheitsschaltungsanordnungen gewährleistet, weswegen zum einen ein Entladen der Zwischenkreiskapazität auf ein Niveau, bei dem sich an der Zwischenkreiskapazität eine für Menschen ungefährliche Zwischenkreisspannung einstellt, und zum anderen ein langanhaltendes Kurzschließen der Phasen der permanenterregten elektrischen Maschine nicht sichergestellt.Both for unloading the DC link capacity as well as for short-circuiting the phases of the electrical machine, in particular a permanent-magnet electric machine, the safety circuit arrangements designed for this purpose are to be controlled or supplied with a corresponding supply voltage. In particular, as far as this aspect is concerned, the known safety circuit arrangements are not yet optimal. So is in certain operating conditions of the vehicle, for example in an accident in which Due to external influences on the vehicle, it is no longer possible to supply the safety circuit arrangements with electrical energy either via the traction battery or via the starter battery, does not ensure sufficient supply of the safety circuit arrangements over time, and therefore relieves the DC link capacity to a level which adjusts itself to the DC link capacitance for a non-hazardous DC link voltage, and on the other hand, a long-lasting short-circuiting of the phases of the permanent-magnet machine not ensured.

Darüber hinaus besteht für die bekannten Sicherheitsschaltungsanordnungen auch hinsichtlich der Anzahl der Bauteile, die für das Realisieren der jeweiligen Sicherheitsmaßnahme benötigt werden, und damit einhergehend hinsichtlich des für den Aufbau der Sicherheitsschaltungsanordnung benötigten Bauraums, sowie hinsichtlich der sich bei den Sicherheitsschaltungsanordnungen einstellenden Wärmeentwicklung Verbesserungsbedarf.In addition, there is also a need for improvement for the known safety circuit arrangements with regard to the number of components required for realizing the respective safety measure and, consequently, with regard to the installation space required for the construction of the safety circuit arrangement, and with regard to the heat development occurring in the safety circuit arrangements.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sicherheitsschaltungsanordnung zu schaffen, die auch dann, wenn eine Versorgung mit elektrischer Energie weder über die Traktionsbatterie noch über die Starterbatterie möglich ist, sowohl ein Entladen der Zwischenkreiskapazität auf ein Niveau, bei dem sich eine für den Menschen ungefährliche Zwischenkreisspannung einstellt, als auch ein langanhaltendes Kurzschließen der Phasen einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten elektrischen Maschine, ermöglicht. Ferner soll die Sicherheitsschaltungsanordnung hinsichtlich der Anzahl der benötigten elektrischen bzw. elektronischen Bauteile, hinsichtlich des benötigten Bauraums und hinsichtlich der sich bei deren Betrieb einstellenden Wärmeentwicklung verbessert bzw. optimiert sein. D. h. die Sicherheitsschaltungsanordnung soll aus so wenigen wie möglichen Bauteilen aufgebaut sein, einen sehr geringen Bauraum benötigen und zudem eine sehr geringe Wärmeentwicklung im Betrieb aufweisen. Zudem sollen die Fertigungskosten für die Sicherheitsschaltungsanordnung niedrig sein.It is therefore an object of the present invention to provide an improved safety circuit arrangement, which, even if a supply of electrical energy is possible neither via the traction battery nor the starter battery, both a discharge of the DC link capacity to a level at which a the human harmless DC link voltage sets, as well as a long-lasting short-circuiting of the phases of an electrical machine, in particular a permanent-magnet electric machine allows. In addition, the safety circuit arrangement should be improved or optimized with regard to the number of required electrical or electronic components, with regard to the required installation space and with regard to the heat development that occurs during their operation. Ie. The safety circuit should be constructed from as few as possible components, require a very small space and also have a very low heat generation during operation. In addition, the manufacturing costs for the safety circuit arrangement should be low.

Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsschaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, die folgende Mittel aufweist: eine Entladeschaltung, die dazu ausgebildet ist, in ihrem aktivierten Betriebszustand der Zwischenkreiskapazität einen vorgebbaren Entladestrom zu entnehmen, eine Kurzschlusssteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, in ihrem aktivierten Betriebszustand durch Ansteuern eines Teils der Schalterelemente zumindest einen Teil der Phasen der elektrischen Maschine kurzuschließen, eine Versorgungsspannungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ausgehend von einer ihr zugeführten Eingangsspannung eine Versorgungsspannung bereitzustellen, wobei als Eingangsspannung eine an der Zwischenkreiskapazität anliegende Zwischenkreisspannung zugeführt ist, und ein Aktivierungselement, das dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Einschaltbedingung einen Aktivierungspfad zu schließen, um die Entladeschaltung und die Kurzschlusssteuerschaltung durch Bereitstellen der Versorgungsspannung zu aktivieren.This object is achieved by a safety circuit arrangement of the type mentioned, comprising the following means: a discharge circuit, which is designed to remove a predetermined discharge current in its activated operating state of the DC link capacitance, a short-circuit control circuit, which is adapted to, in its activated operating state Driving a portion of the switching elements short-circuit at least a portion of the phases of the electric machine, a supply voltage circuit which is adapted to provide a supply voltage from an input voltage supplied to it, wherein an intermediate circuit voltage applied to the intermediate circuit capacitance is supplied as input voltage, and an activation element, the is configured to close an activation path in the presence of a turn-on condition to the discharge circuit and the short-circuit control circuit by providing the Versorgun To activate voltage.

Der erfindungsgemäßen Batteriezelle liegen mehrere Ideen zugrunde. Gemäß einer ersten Idee ist bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanaordnung eine Versorgungsschaltungsanordnung vorgesehen, der als Eingangsspannung die an der Zwischenkreiskapazität anliegende Zwischenkreisspannung zugeführt wird, um ausgehend von dieser Zwischenkreisspannung eine Versorgungsspannung bereitstellen zu können. Somit ist auch dann eine Versorgung der Sicherheitsspannung mit elektrischer Energie gewährleistet, wenn eine Versorgung weder durch die Traktionsbatterie noch durch die Starterbatterie möglich ist, beispielsweise bei einer Unterbrechung der Versorgungsleitungen. Somit ist auch bei einem gleichzeitigen Ausfall von Traktionsbatterie und Starterbatterie sowohl ein Entladen der Zwischenkreiskapazität auf ein Niveau, bei dem sich eine für den Menschen ungefährliche Zwischenkreisspannung einstellt, als auch ein langanhaltendes Kurzschließen der Phasen einer permanenterregten elektrischen Maschine möglich.The battery cell according to the invention is based on several ideas. According to a first idea, a supply circuit arrangement is provided in the safety circuit arrangement according to the invention, to which the intermediate circuit voltage applied to the intermediate circuit capacitance is supplied as input voltage in order to be able to provide a supply voltage starting from this intermediate circuit voltage. Thus, a supply of the safety voltage with electrical energy is ensured even if a supply is possible neither by the traction battery nor by the starter battery, for example, in an interruption of the supply lines. Thus, even with a simultaneous failure of traction battery and starter battery both a discharge of the DC link capacity to a level at which sets a harmless for human DC link voltage, as well as a long-lasting shorting the phases of a permanent-magnet machine possible.

Gemäß einer zweiten Idee enthält die Sicherheitsschaltungsanordnung sowohl eine Entladeschaltung als auch eine Kurzschlusssteuerschaltung. Somit können sich ergebende Synergien genutzt werden, was beispielsweise zu einer Reduzierung der Bauteile führt, für die Realisierung der Entladefunktionalität einerseits und die Realsierung der Kurzschlussfunktionalität andererseits benötigt werden. Gleichermaßen reduziert sich durch die Integration beider Funktionalitäten in eine Schaltungsanordnung der für den Aufbau der Schaltungsanordnung benötigte Bauraum, d. h. es verringert sich die Größe der für die Unterbringung der Schaltungsanordnung benötigten Platine. Die Leiterplatte und somit die Sicherheitsschaltungsanordnung kann wesentlich kompakter realisiert werden, Die Reduzierung der Anzahl der Bauteile, hierbei handelt es sich unter anderem um Hochspannungswiderstände, Leistungstransistoren und um Dioden hat zudem den positiven Nebeneffekt, dass die Wärmeentwicklung auf der die Schaltungsanordnung tragenden Platine und somit der Wärmeeintrag in die Platine geringer ist. Darüber hinaus reduzieren sich insgesamt aufgrund der geringeren Anzahl der Bauteile und des geringeren Bauraumbedarfs die Fertigungskosten.According to a second idea, the safety circuit arrangement contains both a discharge circuit and a short-circuit control circuit. Thus, resulting synergies can be used, which leads, for example, to a reduction of the components needed for the realization of the discharge functionality on the one hand and the realization of the short-circuit functionality on the other hand. Equally reduced by the integration of both functionalities in a circuit arrangement required for the construction of the circuit arrangement space, d. H. it reduces the size of the required for the placement of the circuit board. The reduction of the number of components, these include high-voltage resistors, power transistors and diodes also has the positive side effect that the heat on the circuit board supporting the circuit board and thus the Heat input into the board is less. In addition, due to the smaller number of components and the smaller space requirement, the overall manufacturing cost is reduced.

Gemäß einer dritten Idee können mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung kombiniert, d. h. gleichzeitig zum einen die Phasen einer elektrischen Maschine kurzgeschlossen werden und zum anderen eine Zwischenkreiskapazität und somit der Zwischenkreis entladen werden. Somit kann mit einem geringen Aufwand und mit einer hohen Zuverlässigkeit ein Höchstmaß an Sicherheit für eine elektrische Antriebseinheit erzielt werden. Es lassen sich somit gleichzeitig ein Gleichspannungszwischenkreis entladen und alle Klemmen einer elektrischen Drehfeldmaschine kurzschließen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Aktivierungselement die Versorgungsspannungsschaltung einerseits und die Entladeschaltung sowie die Kurzschlusssteuerschaltung andererseits über einen Aktivierungspfad wirktechnisch miteinander verbindet.According to a third idea, with the safety circuit arrangement according to the invention combined, ie at the same time the phases of an electrical machine are short-circuited and on the other hand, a DC link capacity and thus the DC link are discharged. Thus, the highest level of safety for an electric drive unit can be achieved with little effort and with a high reliability. It can thus simultaneously discharge a DC intermediate circuit and short-circuit all terminals of an electric induction machine. This is achieved, in particular, in that the activation element connects the supply voltage circuit on the one hand and the discharge circuit and the short-circuit control circuit on the other hand via an activation path to one another in terms of efficiency.

Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.The above object is therefore completely solved.

Bevor auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung eingegangen wird, sei an dieser Stelle erwähnt, dass die vorstehend erfolgte Bezugnahme auf eine permanenterregte elektrische Maschine keine einschränkende Wirkung haben soll. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltungsanordnung auch bei andersartig aufgebauten elektrischen Maschinen zum Einsatz kommen.Before discussing further advantageous embodiments of the safety circuit arrangement according to the invention, it should be mentioned at this point that the reference made above to a permanently excited electric machine should have no restrictive effect. Of course, the safety circuit arrangement according to the invention can also be used in differently constructed electrical machines.

Vorteilhafterweise ist die Entladeschaltung steuerbar ausgebildet, so dass sich der der Zwischenkreiskapazität entnommene Entladestrom einstellen lässt.Advantageously, the discharge circuit is designed to be controllable, so that it is possible to set the discharge current taken from the intermediate circuit capacitance.

Wie bereits ausgeführt, ist die elektrische Antriebseinheit vorzugsweise in einem Fahrzeug angeordnet. Demzufolge ist die Einschaltbedingung vorteilhafterweise dann gegeben, wenn zumindest eine der folgenden Situationen vorliegt:

  • – Überführen des Fahrzeugs von einem Fahrbetriebszustand in einen Ruhezustand oder,
  • – Außerbetriebgehen der Traktionsbatterie, oder
  • – Vorliegen eines vom normalen Fahrbetriebszustand abweichenden kritischen Fahrbetriebszustands.
As already stated, the electric drive unit is preferably arranged in a vehicle. Consequently, the switch-on condition is advantageously given when at least one of the following situations exists:
  • Transferring the vehicle from a driving state to a resting state or
  • - shut down the traction battery, or
  • - Presence of a different from the normal driving condition critical driving condition.

Beim Überführen des Fahrzeugs von einem Fahrbetriebszustand, bei dem das Fahrzeug durch die elektrische Maschine angetrieben wird, in einen Ruhezustand, bei dem das Fahrzeug steht, und bei dem insbesondere die elektrische Maschine nicht mehr mit der Traktionsbatterie und somit der Zwischenkreiskapazität verbunden ist, ist dafür Sorge zu tragen, dass die Zwischenkreiskapazität entladen wird. Zu Beginn des Ruhezustands entspricht die an der Zwischenkreiskapazität anliegende Zwischenkreisspannung der von der Traktionsbatterie bereitgestellten Hochspannung. Demzufolge ist mit Eintritt des Ruhezustands die Zwischenkreiskapazität nach Möglichkeit sehr schnell auf ein Niveau zu entladen, bei dem sich eine für den Menschen ungefährliche Zwischenkreisspannung einstellt. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung erreicht. Alternativ kann die Einschaltbedingung dann gegeben sein, wenn auf Vorliegen eines Außerbtetriebnahmezustands erkannt wird.When transferring the vehicle from a driving state in which the vehicle is driven by the electric machine, to an idle state in which the vehicle is stationary, and in particular the electric machine is no longer connected to the traction battery and thus the DC link capacity is for Ensure that the DC link capacity is discharged. At the beginning of the idle state, the DC link voltage applied to the DC link capacitance corresponds to the high voltage provided by the traction battery. Consequently, when the idle state occurs, the DC link capacitance is to be discharged, as far as possible, very quickly to a level at which a DC link voltage that is harmless to human beings sets. This is achieved with the safety circuit arrangement according to the invention. Alternatively, the turn-on condition may be given when it is detected on the presence of a non-operation state.

Bei Feststellen des Außerbetriebgehens der Traktionsbatterie ist dafür Sorge zu tragen, dass einerseits die Zwischenkreiskapazität zum Abbauen der an ihr anliegenden Zwischenkreisspannung, die direkt zu Beginn des Außerbetriebgehens der Traktionsbatterie der von der Traktionsbatterie bereitgestellten Hochspannung entspricht, entladen wird, und dass andererseits die Phasen der elektrischen Maschine kurzgeschlossen werden, so dass sich an diesen keine Spannungen aufbauen können. Auch dies wird mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung erreicht. Alternativ oder ergänzend kann ein eine Traktionsbatteriezustandsbedingung erfasst und ausgewertet werden, die beispielsweise einen Hinweis auf den Ladezustand der Traktionsbatterie und/oder auf einen bei der Traktionsbatterie vorliegenden Defekt gibt.In determining the shutdown of the traction battery is to ensure that on the one hand the DC link capacity for reducing the voltage applied to it DC link voltage, which corresponds directly to the beginning of shutdown of the traction battery supplied by the traction battery high voltage is discharged, and on the other hand, the phases of the electric Machine are short-circuited, so that can build up on these no tensions. This is also achieved with the safety circuit arrangement according to the invention. Alternatively or additionally, a traction battery condition condition may be detected and evaluated, indicating, for example, an indication of the state of charge of the traction battery and / or a defect present in the traction battery.

Wird festgestellt, dass ein von dem normalen Fahrbetriebszustand abweichender kritischer Fahrbetriebszustand vorliegt, sind ebenfalls Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Bei einem kritischen Fahrbetriebszustand kann es sich beispielsweise um einen Fahrbetriebszustand handeln, bei dem sehr große Beschleunigungen, insbesondere Querbeschleunigungen aber auch Längsbeschleunigungen, und/oder große Gierwinkelgeschwindigkeiten auftreten, die allesamt ein Indiz für einen Schleudervorgang sind, wie er beispielsweise bei einem Unfall oder bei einer Fahrt vorliegen kann, bei der aufgrund einer Fahrervorgabe die physikalisch bedingten Grenzwerte, beispielsweise in Bezug auf die Haftreibung, insbesondere in Bezug auf eine Kurvenfahrt, überschritten sind. In diesem Fall ist ebenfalls angeraten, zum einen die Zwischenkreiskapazität schnellstmöglich zu entladen, und zum anderen die Phasen der elektrischen Maschine kurz zu schließen. Die vorgenannten Größen können vorteilhafterweise jeweils mittels geeigneter Sensoren erfasst werden.If it is determined that there is a critical driving condition other than the normal driving condition, safety measures must also be taken. In a critical driving condition may be, for example, a driving condition in which very large accelerations, especially lateral acceleration but also longitudinal acceleration, and / or large yaw rate occur, all of which are indicative of a spin, as in an accident or at a Ride may be present in which due to a driver's specification, the physically related limits, for example, with respect to the static friction, especially in relation to cornering, are exceeded. In this case, it is also advisable to firstly discharge the DC link capacitance as quickly as possible and, secondly, to short-circuit the phases of the electrical machine. The aforementioned variables can advantageously be detected in each case by means of suitable sensors.

Alternativ und/oder ergänzend kann eine Maschinenzustandsbedigung erfasst und ausgewertet werden.Alternatively and / or additionally, a machine condition condition can be detected and evaluated.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Versorgungsspannungsschaltung um eine aus einem elektrischen Versorgungswiderstand und einer Zenerdiode bestehende Reihenschaltung. Hierbei handelt es sich um eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Maßnahme, die für den Betrieb der Sicherheitsschaltungsanordnung benötigte Versorgungsspannung bereitzustellen. Der Aufwand bzw. der Bedarf für die Realsierung einer Versorgungsspannungsschaltung ist somit auf ein Mindestmaß reduziert. Gleichzeitig ermöglicht die so aufgebaute Schaltung auch dann, wenn die Entladeschaltung nicht aktiviert ist, ein passive Entladung der Zwischenkreiskapazität.In a preferred embodiment of the invention, the supply voltage circuit is a series circuit consisting of an electrical supply resistor and a Zener diode. This is a simple, reliable and cost-effective measure to provide the supply voltage required for the operation of the safety circuit arrangement. The effort or the need for the Realization of a supply voltage circuit is thus reduced to a minimum. At the same time, the circuit thus constructed allows, even when the discharge circuit is not activated, a passive discharge of the DC link capacitance.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Entladeschaltung um eine aus einem elektrischen Lastwiderstand und einem steuerbaren Halbleiterelement bestehende Reihenschaltung. Auch diese Maßnahme zeichnet sich durch ihren einfachen und kostengünstigen Aufbau, bei gleichzeitiger hoher Zuverlässigkeit auf. Zugleich lässt sich der Entladestrom in einfacher Art und Weise einstellen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Halbleiterelement um einen MOS-FET Transistor.In a further preferred embodiment of the invention, the discharge circuit is a series circuit comprising an electrical load resistor and a controllable semiconductor element. This measure is also characterized by its simple and inexpensive construction, while high reliability. At the same time, the discharge current can be adjusted in a simple manner. Preferably, the semiconductor element is a MOS-FET transistor.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherheitsschaltungsanordnung ferner eine Überwachungsschaltung auf. Diese Überwachungsschaltung ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Signal zu verarbeiten, das eine am Lastwiderstand vorliegende Temperatur repräsentiert. Somit können bei einem ungünstigen Verlauf der Temperatur des Lastwiderstands, wobei diese Temperatur im wesentlichen durch den durch den Lastwiderstand fließenden Entladestrom bestimmt ist, insbesondere dann, wenn die Temperatur sich einem vorgegebenen Grenzwert annähert oder diesen gar bereits überschritten hat, temperaturbeeinflussende Maßnahmen ergriffen werden, insbesondere können Maßnahmen ergriffen werden, die dazu führen, das die Temperatur nicht mehr weiter ansteigt, vorzugsweise jedoch abgesenkt wird. Konsequenterweise ist die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet, das steuerbare Halbleiterelement in Abhängigkeit eines ermittelten Überwachungsergebnisses anzusteuern. Dadurch ist es möglich, den Wert des der Zwischenkreiskapazität entnommen Entladestroms einzustellen, vorzugsweise zu reduzieren. Im Extremfall kann das Halbleiterelement so angesteuert werden, dass eine Entladeleitung, durch die der Entladestrom fließt, unterbrochen bzw. geöffnet ist, und somit kein Entladestrom mehr fließt, d. h. der Entladestrom den Wert Null annimmt.In a further preferred embodiment of the invention, the safety circuit arrangement further comprises a monitoring circuit. This monitoring circuit is configured to process an electrical signal representing a temperature present at the load resistor. Thus, in an unfavorable course of the temperature of the load resistor, this temperature is determined essentially by the discharge current flowing through the load resistor, especially when the temperature approaches a predetermined limit or has even exceeded this, temperature-influencing measures are taken, in particular Measures can be taken that lead to the temperature no longer rising, but preferably lowered. Consequently, the monitoring circuit is designed to control the controllable semiconductor element as a function of a determined monitoring result. As a result, it is possible to set the value of the discharge current taken from the intermediate circuit capacitance, preferably to reduce it. In an extreme case, the semiconductor element can be controlled such that a discharge line, through which the discharge current flows, is interrupted or opened, and thus no discharge current flows anymore, ie. H. the discharge current assumes the value zero.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme enthält die Überwachungsschaltung eine aus elektrischen Messwiderständen aufgebaute Messbrückenschaltung, wobei einer der Messwiderstände als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache zu realsierende Maßnahme, die Lastwiderstand vorliegede Temperatur zu erfassen, die zudem sehr zuverlässig ist und gleichzeitig ein präzise Temperaturerfassung ermöglicht. Konsequenterweise ist der temperaturabhängige Widerstand baulich nahe an dem Lastwiderstand angeordnet, so dass das von der Überwachungsschaltung zu verarbeitende elektrische Signal die an dem Lastwiderstand vorliegende Temperatur möglichst präzise repräsentiert.In a preferred embodiment of the aforementioned measure, the monitoring circuit comprises a measuring bridge circuit constructed from electrical measuring resistors, one of the measuring resistors being designed as a temperature-dependent resistor. This is a particularly simple measure to be implemented, to detect the load resistance present temperature, which is also very reliable and at the same time enables precise temperature detection. Consequently, the temperature-dependent resistor is structurally arranged close to the load resistor, so that the electrical signal to be processed by the monitoring circuit represents the temperature present at the load resistor as precisely as possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme weist der temperaturabhängige Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten auf. Unter Verwendung eines derart ausgebildeten Messwiderstands kann auf einfache Art und Weise eine zuverlässige und präzise Erfassung der an dem Lastwiderstand vorliegenden Temperatur realisiert werden.In an advantageous embodiment of the aforementioned measure, the temperature-dependent resistor has a negative temperature coefficient. By using a measuring resistor formed in this way, a reliable and precise detection of the temperature present at the load resistor can be realized in a simple manner.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sicherheitsschaltungsanordnung ferner eine Stabilisierungsschaltung auf, die schaltungstechnisch zwischen der Versorgungsspannungsschaltung und dem Aktivierungselement angeordnet ist. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass ein genügend großer Strom für das zum Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine erforderliche Ansteuern der Schalterelemente des Wechselrichters bereitgestellt werden kann. Somit ist ein zuverlässiges Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine sichergestellt.In a preferred embodiment of the invention, the safety circuit arrangement further comprises a stabilization circuit, which is arranged in terms of circuitry between the supply voltage circuit and the activation element. With this measure, it is ensured that a sufficiently large current for the required to short circuit the phases of the electrical machine driving the switch elements of the inverter can be provided. Thus, a reliable short-circuiting of the phases of the electric machine is ensured.

Vorteilhafterweise weist der Wechselrichter eine Vielzahl von Halbbrücken auf, wobei jede Halbbrücke ein erstes und ein zweites Schalterelement aufweist, wobei das erste Schalterelement mit einem Versorgungspol der Traktionsbatterie und das zweite Schalterelement mit einem Massepol der Traktionsbatterie verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung ist die Kurzschlusssteuerschaltung vorzugsweise dazu ausgebildet, die mit dem Massepol verbundenen zweiten Schalterelemente anzusteuern. Hierbei handelt es sich um eine Maßnahme, mit der ohne großen schaltungstechnischen Aufwand ein Ansteuern der Schalterelemente zum Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine möglich ist. Alternativ ist es aber ebenso denkbar, die Kurzschlusssteuerschaltung derart auszuführen, dass die mit dem Versorgungspol der Traktionsbatterie verbundenen Schalterelemente zum Kurzschließen der Phasen der elektrischen Maschine angesteuert werden.Advantageously, the inverter has a plurality of half-bridges, wherein each half-bridge has a first and a second switch element, wherein the first switch element is connected to a supply pole of the traction battery and the second switch element is connected to a ground pole of the traction battery. In the safety circuit arrangement according to the invention, the short-circuit control circuit is preferably designed to control the second switching elements connected to the ground pole. This is a measure with which it is possible to control the switch elements for short-circuiting the phases of the electrical machine without great circuitry expense. Alternatively, however, it is also conceivable to design the short-circuit control circuit in such a way that the switch elements connected to the supply pole of the traction battery are activated for short-circuiting the phases of the electrical machine.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 anhand eines Schaltungsschemas die Anbindung einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung an eine elektrische Antriebseinheit, 1 the connection of a safety circuit according to the invention to an electric drive unit on the basis of a circuit diagram,

2 anhand eines Schaltungsschemas den Aufbau der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung. 2 based on a circuit diagram, the structure of the safety circuit according to the invention.

In 1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit 10 und eine für diese vorgesehen Sicherschaltungsanordnung 12. Die elektrische Antriebseinheit 10 weist eine Traktionsbatterie 14 auf, die eine Hochspannung UB bereitstellen kann. Zu der Traktionsbatterie 14 ist eine Zwischenkreiskapazität 16 parallel geschaltet. Durch die Traktionsbatterie 14 wird eine elektrische Maschine 18 mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Maschine 18 weist eine Vielzahl von Phasen 20, 22, 24 auf, die über einen durch eine Ansteuereinheit 26 ansteuerbaren Wechselrichter 28 mit der Traktionsbatterie 14 verbindbar sind. Der Wechselrichter 28 weist eine Vielzahl von Schalterelementen T1, T2, T3, T4, T5, T6 auf, die zu Halbbrücken angeordnet sind, von denen eine exemplarisch mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Jede dieser Halbbrücken 30 weist jeweils ein erstes Schalterelement 32 und ein zweites Schalterelement 34 auf, wobei das erste Schalterelement 32 mit einem Versorgungspol 36 der Traktionsbatterie 14 und das zweite Schalterelement 34 mit einem Massepol 38 der Traktionsbatterie 14 verbunden ist. In 1 sind lediglich jeweils ein erstes und ein zweites Schalterelement mit den Bezugsziffern 32 und 34 bezeichnet. Zu jedem der Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 ist eine Freilaufdiode parallel geschaltet, von denen eine exemplarisch mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet ist. In 1 sind die Schalterelemente als IGBTs ausgeführt. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich können auch andere Halbleiterbauelemente eingesetzt werden, beispielsweise MOSFETs. In 1 shows an electric drive unit 10 and a safety arrangement provided for this purpose 12 , The electric drive unit 10 has a traction battery 14 which can provide a high voltage U B. To the traction battery 14 is a DC link capacity 16 connected in parallel. Through the traction battery 14 becomes an electric machine 18 supplied with electrical energy. The electric machine 18 has a variety of phases 20 . 22 . 24 on, via a through a drive unit 26 controllable inverter 28 with the traction battery 14 are connectable. The inverter 28 has a plurality of switch elements T1, T2, T3, T4, T5, T6, which are arranged to form half-bridges, one of which is exemplified by the reference numeral 30 is designated. Each of these half bridges 30 each has a first switch element 32 and a second switch element 34 on, wherein the first switch element 32 with a supply pole 36 the traction battery 14 and the second switch element 34 with a ground pole 38 the traction battery 14 connected is. In 1 are only each a first and a second switch element with the reference numerals 32 and 34 designated. To each of the switch elements T1, T2, T3, T4, T5, T6, a freewheeling diode is connected in parallel, one of which is exemplified by the reference numeral 40 is designated. In 1 the switch elements are designed as IGBTs. This is not intended to be limiting. Of course, other semiconductor devices may be used, such as MOSFETs.

1 ist ferner eine Recheneinheit 42 zu entnehmen. Mit der Recheneinheit 42 werden ausgehend von einem Drehmomentsollwert, der das von der elektrischen Maschine 18 zu erzeugende Drehmoment repräsentiert, Tastverhältniswerte di ermittelt, die der Ansteuereinheit 26 zugeführt werden und die in der Ansteuereinheit 26 in Ansteuersignale Ai für die Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 umgesetzt werden. 1 is also a computing unit 42 refer to. With the arithmetic unit 42 are based on a torque setpoint, that of the electric machine 18 represents torque to be generated, duty cycle values d i determined that the drive unit 26 be fed and in the control unit 26 be converted into control signals A i for the switch elements T1, T2, T3, T4, T5, T6.

Die Sicherheitsschaltungsanordnung 12 ist nun so eingebunden, dass die von ihr erzeugten Ansteuersignale Bi, mit denen die Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 zum Kurzschließen der Phasen 20, 22, 24 angesteuert werden, ebenfalls der Ansteuereinheit 26 zugeführt werden. Die Ansteuereinheit 26 ist dabei so ausgebildet, dass die Ansteuersignale Bi den Ansteuersignalen Ai überlagert werden. Dies kann beispielsweise in der Form erfolgen, dass die Ansteuersignale Bi vorrangig vor den Ansteuersignalen Ai ausgegeben werden.The safety circuit arrangement 12 is now so involved that the drive signals generated by it B i , with which the switch elements T1, T2, T3, T4, T5, T6 for shorting the phases 20 . 22 . 24 be controlled, also the drive unit 26 be supplied. The drive unit 26 is designed so that the drive signals Bi are superimposed on the drive signals Ai. This can be done, for example, in the form that the drive signals B i are output prior to the drive signals A i .

Durch eine Unterbrechung 44 ist in 1 angedeutet, dass die Traktionsbatterie 14 ausfallen kann, beispielsweise dadurch dass eine Versorgungsleitung unterbrochen ist.Through a break 44 is in 1 hinted that the traction battery 14 may fail, for example, characterized in that a supply line is interrupted.

In 2. ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung gezeigt.In 2 , the construction of the safety circuit arrangement according to the invention is shown.

Die Sicherheitsschaltungsanordnung 12 weist eine Versorgungsspannungsschaltung 46 auf, die dazu ausgebildet ist, ausgehend von einer ihr über Klemmen 48, 50 zugeführten Eingangsspannung UE eine Versorgungsspannung UV bereitzustellen. Wie der Darstellung in 1 zu entnehmen ist, handelt es sich bei der Eingangsspannung UE um die an der Zwischenkreiskapazität 16 anliegende Zwischenkreisspannung UZ, die wiederum der von der Traktionsbatterie 14 bereitgestellten Hochspannung UB entspricht. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, ist die Versorgungsspannungsschaltung 46 als eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Versorgungswiderstand 52 und einer Zenerdiode 54 realisiert. Die Versorgungsspannungsschaltung 46 entspricht in ihrer Funktionalität einem Netzteil. Mit der Versorgungsspannungsschaltung 46 kann die Hochspannung UB, die im Bereich von 250 bis 450 Volt liegen kann, in eine Versorgungsspannung UV umgesetzt werden, die beispielsweise in der Größenordnung von ungefähr 15 Volt liegt. Die Versorgungsspannung sollte auf jeden Fall so groß sein, dass die Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 zur Realisierung des Kurzschlusses der Phasen sicher und zuverlässig angesteuert werden können, wobei in diesem Zusammenhang an zwischengeschalteten Bauelementen auftretende Spannungsverluste zu berücksichtigen sind.The safety circuit arrangement 12 has a supply voltage circuit 46 which is designed to be based on a clip over it 48 . 50 supplied input voltage U E to provide a supply voltage U V. As the illustration in 1 can be seen, it is at the input voltage U E at the DC link capacity 16 applied DC link voltage U Z , in turn, that of the traction battery 14 provided high voltage U B corresponds. As the illustration in 2 it can be seen, is the supply voltage circuit 46 as a series circuit of an electrical supply resistor 52 and a zener diode 54 realized. The supply voltage circuit 46 corresponds in its functionality to a power supply. With the supply voltage circuit 46 For example, the high voltage U B , which may be in the range of 250 to 450 volts, can be converted to a supply voltage U V which is, for example, on the order of about 15 volts. The supply voltage should in any case be so large that the switch elements T1, T2, T3, T4, T5, T6 can be reliably and reliably controlled to realize the short circuit of the phases, in which connection voltage losses occurring at intermediate components must be taken into account.

Die Realisierung der Versorgungsspannungsschaltung 46 als eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Widerstand und einer Zenerdiode hat den Vorteil, dass mittels solch einer Versorgungsspannungsschaltung eine passive Entladung der Zwischenkreiskapazität möglich ist, wobei der Wert des Widerstands die Zeitdauer bestimmt, die es erfordert, bis die an der Zwischenkreiskapazität anliegende Spannung unter einen durch die Berührschutzgrenze definierten Spannungswert abgesunken ist, bzw. bis eine vollständige Entladung der Zwischenkreiskapazität eingetreten ist.The realization of the supply voltage circuit 46 as a series circuit of an electrical resistance and a zener diode has the advantage that by means of such a supply voltage circuit, a passive discharge of the DC link capacitance is possible, wherein the value of the resistor determines the time it takes for the voltage applied to the DC link capacitance below a through the contact protection limit defined voltage value has dropped, or until a complete discharge of the DC link capacity has occurred.

Der Versorgungsspannungsschaltung 46 ist eine Stabilisierungsschaltung 56 nachgeschaltet. Durch die Stabilisierungsschaltung 56 ist sichergestellt, dass ein genügend großer Strom für das zum Kurzschließen der Phasen 20, 22, 24 der elektrischen Maschine 18 erforderliche Ansteuern der Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 des Wechselrichters 28 bereitgestellt werden kann. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, besteht die Stabilisierungsschaltung 56 aus einem Transistor 58, dessen Basis mit der Versorgungsspannung UV beaufschlagt ist. Der Kollektor des Transistors 58 liegt über einen elektrischen Widerstand 60 an der Eingangsspannung UE. Der Emitter ist über eine aus einer Zenerdiode 62 und einem elektrischen Widerstand 64 gebildeten Parallelschaltung mit Masse verbunden.The supply voltage circuit 46 is a stabilization circuit 56 downstream. By the stabilization circuit 56 Ensures that there is enough current for short circuiting the phases 20 . 22 . 24 the electric machine 18 required driving of the switching elements T1, T2, T3, T4, T5, T6 of the inverter 28 can be provided. As the illustration in 2 it can be seen, there is the stabilization circuit 56 from a transistor 58 whose base is supplied with the supply voltage U V. The collector of the transistor 58 is above an electrical resistance 60 at the input voltage U E. The emitter is about one from one Zener diode 62 and an electrical resistance 64 formed parallel circuit connected to ground.

Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, ist die Stabilisierungsschaltung 56 schaltungstechnisch zwischen der Versorgungsspannungsschaltung 46 und einem Aktivierungselement 66 angeordnet. Das Aktivierungselement 66 ist dazu ausgebildet, bei Vorliegen einer Einschaltbedingung, was durch einen Peil 68 angedeutet ist, einen Aktivierungspfad 70 zu schließen, um eine Entladeschaltung 72 und eine Kurzschlusssteuerschaltung 74 durch Bereitstellen der Versorgungsspannung UV zu aktivieren. D. h. bei Vorliegen einer Einschaltbedingung 68 wird der Aktivierungspfad 70 geschlossen, über den dann die Entladeschaltung 72 und die Kurzschlusssteuerschaltung 74 mit der von der Versorgungsspannungsschaltung 46 bereitgestellten Versorgungsspannung UV versorgt und somit aktiviert werden. Insofern kann man diesen Pfad auch als Versorgungspfad bezeichnen. Bei dem Aktivierungselement 66 kann es sich um ein ansteuerbares Halbleiterelement oder um ein Relais handeln.As the illustration in 2 it can be seen, is the stabilization circuit 56 circuitry between the supply voltage circuit 46 and an activation element 66 arranged. The activation element 66 is designed, in the presence of a switch-on condition, which is determined by a Peil 68 indicated is an activation path 70 close to a discharge circuit 72 and a short circuit control circuit 74 by providing the supply voltage U V to activate. Ie. in the presence of a switch-on condition 68 becomes the activation path 70 closed, then the discharge circuit 72 and the short-circuit control circuit 74 with that of the supply voltage circuit 46 provided supply voltage U V supplied and thus activated. In this respect, one can also call this path a supply path. At the activation element 66 it may be a drivable semiconductor element or a relay.

Vorzugsweise soll die elektrische Antriebseinheit 10 in einem nicht dargestellten Fahrzeug angeordnet sein. Demzufolge ist die Einschaltbedingung 68 gegeben, wenn zumindest eine der folgenden Situationen vorliegt:

  • – Überführen des Fahrzeugs von einem Fahrbetriebszustand in einen Ruhezustand oder,
  • – Außerbetriebgehen der Traktionsbatterie, oder
  • – Vorliegen eines vom normalen Fahrbetriebszustand abweichenden kritischen Fahrbetriebszustands.
Preferably, the electric drive unit 10 be arranged in a vehicle, not shown. As a result, the turn-on condition is 68 given if at least one of the following situations exists:
  • Transferring the vehicle from a driving state to a resting state or
  • - shut down the traction battery, or
  • - Presence of a different from the normal driving condition critical driving condition.

Die Auswertung vorgenannter Situationen und die Bereitstellung eines die Einschaltbedingung repräsentierenden Signals erfolgt in der bereits beschriebenen Recheneinheit 42, von der über eine Klemme 76 dieses Signal abgegeben wird.The evaluation of the aforementioned situations and the provision of a signal representing the switch-on condition takes place in the already described computing unit 42 from the over a pinch 76 this signal is emitted.

Die Kurzschlusssteuerschaltung 74 ist dazu ausgebildet, in ihrem aktivierten Betriebszustand durch Ansteuern eines Teils der Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 zumindest einen Teil der Phasen 20, 22, 24 der elektrischen Maschine 18 kurzuschließen. Hierzu enthält die Kurzschlusssteuerschaltung 74 Dioden, die zur Ansteuerung der Schalterelemente T1, T2, T3, T4, T5, T6 mit deren Ansteueranschlüssen verbindbar sind. Im Fall der in 1 dargestellten IGBTs mit deren Gates. In 2 ist eine dieser Dioden exemplarisch mit dem Bezugszeichen 78 bezeichnet.The short circuit control circuit 74 is designed to, in its activated operating state by driving a portion of the switching elements T1, T2, T3, T4, T5, T6 at least a portion of the phases 20 . 22 . 24 the electric machine 18 to become shorted. The short-circuit control circuit contains this 74 Diodes, which are connectable to the control terminals of the switch elements T1, T2, T3, T4, T5, T6 with their Ansteueranschlüssen. In the case of in 1 represented IGBTs with their gates. In 2 one of these diodes is exemplified by the reference numeral 78 designated.

Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltungsanordnung 12 ist vorgesehen, dass durch die Kurzschlusssteuerschaltung 74 die mit dem Massepol 38 verbundenen zweiten Schalterelemente 34 angesteuert werden. Die zweiten Schalterelemente 34 werden dabei leitend geschaltet. Vorzugsweise werden alle drei zweiten Schalterelemente 34 leitend geschaltet, so dass die Phasen 20, 22, 24 allesamt untereinander kurzgeschlossen sind. Die hier beschriebene Ansteuerung der zweiten Schalterelemente soll keine einschränkende Wirkung haben. Ebenso können die Phasen der elektrischen Maschine durch Ansteuern der ersten Schalterelemente kurzgeschlossen werden.In the safety circuit arrangement according to the invention 12 is provided by the short-circuit control circuit 74 the with the ground pole 38 connected second switch elements 34 be controlled. The second switch elements 34 are turned on. Preferably, all three second switch elements 34 turned on, so that the phases 20 . 22 . 24 all are shorted together. The control of the second switch elements described here is not intended to have a limiting effect. Likewise, the phases of the electrical machine can be short-circuited by driving the first switch elements.

Die Entladeschaltung 72 ist dazu ausgebildet, in ihrem aktivierten Betriebszustand der Zwischenkreiskapazität 16 einen vorgebbaren Entladestrom zu entnehmen. Somit ist zusätzlich zu der passiven Entladung der Zwischenkreiskapazität 16, die durch die Versorgungsspannungsschaltung 46 möglich bzw. realisiert ist, bei Bedarf, d. h. bei Aktivierung der Entladeschaltung 72 auch eine aktive Entladung der Zwischenkreiskapazität 16 möglich.The discharge circuit 72 is designed to be in its activated operating state of the DC link capacity 16 to take a predetermined discharge current. Thus, in addition to the passive discharge of the DC link capacitance 16 passing through the supply voltage circuit 46 is possible or realized, if necessary, ie upon activation of the discharge circuit 72 also an active discharge of the DC link capacity 16 possible.

Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, handelt es sich bei der Entladeschaltung 72 um eine aus einem elektrischen Lastwiderstand 80 und einem steuerbaren Halbleiterelement 82 bestehende Reihenschaltung. Vorzugsweise kann es sich bei dem Halbleiterelement 82 um einen MOSFET handeln, so wie es in 2 dargestellt ist. Der Lastwiderstand 80 und das Halbleiterelement 82 sind dabei so dimensioniert bzw. ausgelegt, dass die Zwischenkreiskapazität 16 in sehr kurzer Zeit entladen werden kann, und zwar zumindest soweit, dass die an ihr anliegende Spannung unterhalb der Berührschutzgrenze von 60 Volt liegt. Beispielsweise kann die Entladeschaltung 72 so eingestellt sein, dass dieses Niveau innerhalb von 5 Sekunden erreicht wird.As the illustration in 2 it can be seen, it is in the discharge circuit 72 one from an electrical load resistor 80 and a controllable semiconductor element 82 existing series connection. Preferably, the semiconductor element may be 82 to act as a MOSFET, as it is in 2 is shown. The load resistance 80 and the semiconductor element 82 are dimensioned or designed so that the DC link capacity 16 can be discharged in a very short time, at least to the extent that the voltage applied to it is below the Berührschutzgrenze of 60 volts. For example, the discharge circuit 72 be set so that this level is reached within 5 seconds.

Wie der Darstellung in 2 weiter zu entnehmen ist, weist die Sicherheitsschaltungsanordnung 12 ferner eine Überwachungsschaltung 84 auf, die dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal zu verarbeiten, das eine am Lastwiderstand 80 vorliegende Temperatur repräsentiert. In Abhängigkeit des ermittelten Überwachungsergebnisses kann dann das Halbleiterelement 82 angesteuert werden. Somit kann eine Überhitzung und demzufolge eine potentielle Beschädigung oder gar Zerstörung des Lastwiderstands 80 verhindert werden, indem in Abhängigkeit der Lastwiderstandstemperatur der Entladestrom eingestellt werden kann. Vorzugsweise wird mit zunehmender Temperatur der Entladestrom reduziert, was soweit gehen kann, dass bei Überschreiten eines vorgegeben Temperaturschwellenwertes der Entladestrom auf 0 reduziert wird, d. h. das Entladen der Zwischenkreiskapazität 16 zumindest zeitweise unterbrochen wird.As the illustration in 2 can be further seen, the safety circuit arrangement 12 a monitoring circuit 84 which is adapted to process an electrical signal, the one at the load resistance 80 represents present temperature. Depending on the determined monitoring result then the semiconductor element 82 be controlled. Thus, an overheating and consequently a potential damage or even destruction of the load resistance 80 can be prevented by the discharge current can be adjusted depending on the load resistance temperature. Preferably, the discharge current is reduced with increasing temperature, which may go so far that when a predetermined temperature threshold value is exceeded, the discharge current is reduced to 0, ie the discharge of the DC link capacitance 16 is interrupted at least temporarily.

Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, enthält die Überwachungsschaltung 84 eine Messbrückenschaltung 86, die aus elektrischen Messwiderständen aufgebaut ist, von denen einer exemplarisch mit dem Bezugszeichen 88 bezeichnet ist. Bei einem der Messwiderstände handelt es sich um einen temperaturabhängigen Widerstand 90, der vorzugweise einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Der temperaturabhängige Widerstand 90 ist baulich in unmittelbarer Nähe des Lastwiderstands 80 angeordnet. Mittels eines Komparators 92 wird ein Ansteuersignal für das Halbleiterelement 82 erzeugt.As the illustration in 2 can be seen, contains the monitoring circuit 84 a measuring bridge circuit 86 , which is constructed from electrical measuring resistors, one of which is exemplified by the reference numeral 88 is designated. One of the measuring resistors is a temperature-dependent resistor 90 which preferably has a negative temperature coefficient. The temperature-dependent resistance 90 is structurally in the immediate vicinity of the load resistance 80 arranged. By means of a comparator 92 becomes a drive signal for the semiconductor element 82 generated.

Dadurch dass die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltungsanordnung eine Versorgungsspannungsschaltung aufweist, die ausgehend von der ihr zugeführten Zwischenkreisspannung eine Versorgungsspannung für die Entladeschaltung und die Kurzschlusssteuerschaltung bereitstellt, ist auch bei gleichzeitigem Ausfall oder nicht zur Verfügung stehen der Traktionsbatterie und der Starterbatterie möglich, eine aktive Entladung der Zwischenkreiskapazität und einen aktiven Kurzschluss der Klemmen bzw. der Phasen der elektrischen Maschine zu realisieren.The fact that the safety circuit arrangement according to the invention comprises a supply voltage circuit, which provides a supply voltage for the discharge circuit and the short circuit control circuit starting from the DC link voltage supplied to it, is also possible with simultaneous failure or not being available of the traction battery and the starter battery, an active discharge of the DC link capacitance and a active short circuit of the terminals or the phases of the electrical machine to realize.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgte Bezugnahme auf eine in einem Fahrzeug angeordnete elektrische Antriebseinheit keine beschränkende Wirkung haben soll. Die erfindungsgemäße Sicherheitsanordnung kann auch bei anderweitig eingesetzten elektrischen Antriebseinheiten zum Einsatz kommen.At this point, it should be noted that the reference made in the above-described embodiment to an electric drive unit arranged in a vehicle is not intended to have any restrictive effect. The safety arrangement according to the invention can also be used in other electrical drive units used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
elektrische Antriebseinheitelectric drive unit
1212
SicherschaltungsanordnungSure circuitry
1414
Traktionsbatterietraction battery
1616
ZwischenkreiskapazitätDC link capacity
1818
elektrische Maschineelectric machine
2020
Phasephase
2222
Phasephase
2424
Phasephase
2626
Ansteuereinheitcontrol unit
2828
Wechselrichterinverter
3030
Halbbrückehalf bridge
3232
erstes Schalterelementfirst switch element
3434
zweites Schalterelementsecond switch element
3636
Versorgungspolsupply pole
3838
Massepolground pole
4040
FreilaufdiodeFreewheeling diode
4242
Recheneinheitcomputer unit
4444
Unterbrechunginterruption
4646
VersorgungsspannungsschaltungPower supply circuit
4848
Klemmeclamp
5050
Klemmeclamp
5252
elektrischer Versorgungswiderstandelectrical supply resistance
5454
ZenerdiodeZener diode
5656
Stabilisierungsschaltungstabilization circuit
5858
Transistortransistor
6060
elektrischen Widerstandelectrical resistance
6262
ZenerdiodeZener diode
6464
elektrischer Widerstandelectrical resistance
6666
Aktivierungselementenergizer
6868
PeilPeil
7070
Aktivierungspfadactivation path
7272
Entladeschaltungdischarge
7474
KurzschlusssteuerschaltungShort-circuit control circuit
7676
Klemmeclamp
7878
Diodediode
8080
elektrischer Lastwiderstandelectrical load resistance
8282
steuerbares Halbleiterelementcontrollable semiconductor element
8484
Überwachungsschaltungmonitoring circuit
8686
MessbrückenschaltungMeasuring bridge circuit
8888
Messwiderstandmeasuring resistor
9090
temperaturabhängiger Widerstandtemperature-dependent resistance
9292
Komparatorcomparator

Claims (10)

Sicherheitsschaltungsanordnung für eine elektrische Antriebseinheit, wobei die elektrische Antriebseinheit eine Traktionsbatterie, eine zu der Traktionsbatterie parallel geschaltete Zwischenkreiskapazität und eine durch die Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgbare elektrische Maschine aufweist, wobei die elektrische Maschine eine Vielzahl von Phasen aufweist, die über einen ansteuerbaren, eine Vielzahl von Schalterelementen aufweisenden Wechselrichter mit der Traktionsbatterie verbindbar sind, mit einer Entladeschaltung, die dazu ausgebildet ist, in ihrem aktivierten Betriebszustand der Zwischenkreiskapazität einen vorgebbaren Entladestrom zu entnehmen, einer Kurzschlusssteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, in ihrem aktivierten Betriebszustand durch Ansteuern eines Teils der Schalterelemente zumindest einen Teil der Phasen der elektrischen Maschine kurzuschließen, einer Versorgungsspannungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, ausgehend von einer ihr zugeführten Eingangsspannung eine Versorgungsspannung bereitzustellen, wobei als Eingangsspannung eine an der Zwischenkreiskapazität anliegende Zwischenkreisspannung zugeführt ist, und einem Aktivierungselement, das dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Einschaltbedingung einen Aktivierungspfad zu schließen, um die Entladeschaltung und die Kurzschlusssteuerschaltung durch Bereitstellen der Versorgungsspannung zu aktivieren.A safety circuit arrangement for an electric drive unit, wherein the electric drive unit comprises a traction battery, an intermediate circuit capacitor connected in parallel with the traction battery and an electric machine that can be supplied with electrical energy by the traction battery, wherein the electric machine has a plurality of phases that are controllable via a plurality inverters having switching elements can be connected to the traction battery, with a discharge circuit, which is designed to remove a predefinable discharge current in its activated operating state of the DC link capacitance, a short circuit control circuit, which is designed to short-circuit at least part of the phases of the electric machine in its activated operating state by driving a part of the switching elements, a supply voltage circuit which is designed to provide a supply voltage starting from an input voltage fed to it, wherein an input voltage is applied to the intermediate circuit capacitance applied to the intermediate circuit voltage, and an activation element configured to close an activation path in the presence of a turn-on condition to activate the discharge circuit and the short-circuit control circuit by providing the supply voltage. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinheit in einem Fahrzeug angeordnet ist und die Einschaltbedingung gegeben ist, wenn zumindest eine der folgenden Situationen vorliegt: – Überführen des Fahrzeugs von einem Fahrbetriebszustand in einen Ruhezustand oder, – Außerbetriebgehen der Traktionsbatterie, oder – Vorliegen eines vom normalen Fahrbetriebszustand abweichenden kritischen Fahrbetriebszustands.Safety circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electric drive unit is arranged in a vehicle and the switch-on condition is given, if at least one of the following situations exists: - transferring the vehicle from a driving state to a resting state or - going out of traction battery, or - Presence of a different from the normal driving condition critical driving condition. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Versorgungsspannungsschaltung um eine aus einem elektrischen Versorgungswiderstand und einer Zenerdiode bestehende Reihenschaltung handelt.Safety circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the supply voltage circuit is a series circuit consisting of an electrical supply resistor and a Zener diode. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Entladeschaltung um eine aus einem elektrischen Lastwiderstand und einem steuerbaren Halbleiterelement bestehende Reihenschaltung handelt.Safety circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge circuit is a series circuit consisting of an electrical load resistor and a controllable semiconductor element. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschaltungsanordnung ferner eine Überwachungsschaltung aufweist, wobei die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal zu verarbeiten, das eine am Lastwiderstand vorliegende Temperatur repräsentiert.Safety circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the safety circuit arrangement further comprises a monitoring circuit, wherein the monitoring circuit is adapted to process an electrical signal representing a temperature present at the load resistor. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet ist, das steuerbare Halbleiterelement in Abhängigkeit eines ermittelten Überwachungsergebnisses anzusteuern.Safety circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the monitoring circuit is adapted to control the controllable semiconductor element in response to a determined monitoring result. Sicherheitsschaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung eine aus elektrischen Messwiderständen aufgebaute Messbrückenschaltung enthält, wobei einer der Messwiderstände als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildet ist.Safety circuit arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the monitoring circuit comprises a constructed of electrical measuring resistors measuring bridge circuit, wherein one of the measuring resistors is designed as a temperature-dependent resistor. Sicherheitsschaltungsanordnung, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.Safety circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the temperature-dependent resistor has a negative temperature coefficient. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschaltungsanordnung ferner eine Stabilisierungsschaltung aufweist, die schaltungstechnisch zwischen der Versorgungsspannungsschaltung und dem Aktivierungselement angeordnet ist.Safety circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the safety circuit arrangement further comprises a stabilization circuit, which is arranged in terms of circuitry between the supply voltage circuit and the activation element. Sicherheitsschaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter eine Vielzahl von Halbbrücken aufweist, wobei jede Halbbrücke ein erstes und ein zweites Schalterelement aufweist, wobei das erste Schalterelement mit einem Versorgungspol der Traktionsbatterie und das zweite Schalterelement mit einem Massepol der Traktionsbatterie verbunden ist, wobei die Kurzschlusssteuerschaltung dazu ausgebildet ist, die mit dem Massepol verbundenen zweiten Schalterelemente anzusteuern.Safety circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter has a plurality of half-bridges, each half-bridge having a first and a second switch element, wherein the first switch element is connected to a supply pole of the traction battery and the second switch element to a ground pole of the traction battery wherein the short circuit control circuit is adapted to drive the second switching elements connected to the ground pole.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016222340A1 (en) * 2016-11-15 2018-05-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Safety procedure, device for its implementation and hybrid or electric vehicle
DE102018006054A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 A.B. Mikroelektronik Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Device for at least partially discharging an electrical energy store
DE102020128049B3 (en) 2020-10-26 2021-12-30 Audi Aktiengesellschaft Diagnosis of the active discharge of an HV intermediate circuit
CN114079373A (en) * 2020-08-21 2022-02-22 广汽埃安新能源汽车有限公司 Vehicle, and active discharge circuit and method of vehicle

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213072B4 (en) * 2016-07-18 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft A high-voltage battery system with safety device
DE102016010327A1 (en) * 2016-08-29 2018-03-01 Lenze Drives Gmbh Storage operating device and method for controlling a storage and retrieval device
EP3336624B1 (en) * 2016-12-19 2019-02-06 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement with two redundant boards which monitor each other
CN108016318A (en) * 2017-12-05 2018-05-11 北京索德电气工业有限公司 A kind of method of electric automobile bus capacitor active discharge
CN109951126B (en) * 2017-12-20 2020-12-11 广州汽车集团股份有限公司 Method and system for controlling direct current bus discharge, computer equipment and storage medium
TWI657654B (en) * 2018-02-14 2019-04-21 大業開發工業股份有限公司 Elevator permanent magnet synchronous motor anti-storm protection device
IT201800007859A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-03 Meta System Spa ACTIVE DISCHARGE SYSTEM FOR ELECTRIC OR HYBRID VEHICLES
DE102018123207A1 (en) 2018-09-20 2020-03-26 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Control device for an inverter, inverter for a vehicle, vehicle and method for operating an inverter
CN111137133B (en) * 2018-11-06 2021-08-31 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 Protection circuit of electric automobile electric drive system and electric automobile electric drive system
DE102018219020B4 (en) * 2018-11-08 2021-05-20 Vitesco Technologies Germany Gmbh Control apparatus and method for operating discharge circuitry
DE102018221209A1 (en) * 2018-12-07 2020-06-10 Zf Friedrichshafen Ag Device and method for discharging an intermediate circuit capacitor
DE102018133470A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Thyssenkrupp Ag DC link discharge unit, electrical device and vehicle
DE102019203526A1 (en) * 2019-03-15 2020-09-17 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Discharge device, electrical unit and discharge method
DE102019207193B3 (en) * 2019-05-16 2020-06-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Device for heating a battery, battery management control device and method for heating a battery
DE102019124214A1 (en) * 2019-09-10 2021-03-11 Audi Ag Method for operating a motor vehicle with a permanently excited synchronous machine and motor vehicle
DE102019216568B3 (en) * 2019-10-28 2020-10-15 Magna powertrain gmbh & co kg Discharge device for an electric drive arrangement of a vehicle and electric drive arrangement with the discharge device
EP3820030A1 (en) 2019-11-08 2021-05-12 Aros Electronics AB Safe active discharger circuit for inverter in vehicle
JP7409136B2 (en) * 2020-02-13 2024-01-09 株式会社デンソー Power converter control circuit
US11760210B2 (en) 2021-03-12 2023-09-19 Dana Tm4 Inc. Modulated active short circuit braking

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241581A1 (en) * 2008-12-11 2011-10-06 Stefan Flock Vehicle having a power supply device for an electric motor and method for supplying power to the electric motor
EP2433830A1 (en) * 2010-09-28 2012-03-28 Brusa Elektronik AG Method and control for providing electrical energy from a driven alternating current synchronous machine
DE102012101508A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for operating e.g. permanently excited synchronous machine for motor car, involves comparing voltage in intermediate circuit with minimum limit voltage value in circuit, to open converter valves so as to drive machine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4829143B2 (en) 2007-02-17 2011-12-07 セイコーインスツル株式会社 Temperature detection circuit
JP5317188B2 (en) * 2009-02-20 2013-10-16 株式会社安川電機 Inverter device for electric vehicle and protection method thereof
DE102011006512A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Robert Bosch Gmbh control unit
DE102012100951A1 (en) * 2012-02-06 2013-08-08 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Circuit arrangement for converters with DC link, and method for operating a power converter
JP5973322B2 (en) * 2012-10-31 2016-08-23 東芝シュネデール・インバータ株式会社 Stored power discharge circuit of inverter device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241581A1 (en) * 2008-12-11 2011-10-06 Stefan Flock Vehicle having a power supply device for an electric motor and method for supplying power to the electric motor
EP2433830A1 (en) * 2010-09-28 2012-03-28 Brusa Elektronik AG Method and control for providing electrical energy from a driven alternating current synchronous machine
DE102012101508A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for operating e.g. permanently excited synchronous machine for motor car, involves comparing voltage in intermediate circuit with minimum limit voltage value in circuit, to open converter valves so as to drive machine

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TIETZE, U.; SCHENK, Ch.: Halbleiter- Schaltungstechnik; Springer Verlag Berlin, 11. neuberarb. Auflage - 1999. S. 960 - 961. ISBN 3-540-64192-0
TIETZE, U.; SCHENK, Ch.: Halbleiter- Schaltungstechnik; Springer Verlag Berlin, 11. neuberarb. Auflage - 1999. S. 960 - 961. ISBN 3-540-64192-0 *
Widerstandsthermometer. In: Wikipedia, die freie Enzyklopädie. Version: 28.11.2013 10:47 Uhr. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Widerstandsthermometer&oldid=124914199 [abgerufen am 03.09.2014] *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016222340A1 (en) * 2016-11-15 2018-05-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Safety procedure, device for its implementation and hybrid or electric vehicle
US11728672B2 (en) 2016-11-15 2023-08-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Safety procedure, device for the implementation thereof, and hybrid or electric vehicle
DE102018006054A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 A.B. Mikroelektronik Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Device for at least partially discharging an electrical energy store
CN114079373A (en) * 2020-08-21 2022-02-22 广汽埃安新能源汽车有限公司 Vehicle, and active discharge circuit and method of vehicle
DE102020128049B3 (en) 2020-10-26 2021-12-30 Audi Aktiengesellschaft Diagnosis of the active discharge of an HV intermediate circuit
CN114506217A (en) * 2020-10-26 2022-05-17 奥迪股份公司 Diagnosis of active discharges in a high-voltage intermediate circuit
US11618325B2 (en) 2020-10-26 2023-04-04 Audi Ag Diagnosis of the active discharge of a HV intermediate circuit

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Publication number Publication date
JP2017502633A (en) 2017-01-19
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US9806649B2 (en) 2017-10-31
CN105636820A (en) 2016-06-01
CN105636820B (en) 2018-05-04
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